CN110509089A - 一种用于加工宽弦空心风扇叶片的减振工装 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于加工宽弦空心风扇叶片的减振工装。该设备包括榫头夹持装置、叶尖夹持装置和置于榫头夹持装置和叶尖夹持装置之间的叶片支撑装置，先将叶片榫头加工成与榫头夹持件的形状相适配的外形形状，将叶片榫头安装在榫头夹持装置上，定位夹紧，再用叶尖夹持装置夹紧叶片叶尖，接着由机床提供一个预拉紧力，使得叶片安装夹紧。再由叶片支撑装置夹紧叶片的叶盆和叶背，叶片支撑装置上的压顶头4较为均匀地分布在叶盆和叶背各个位置上，夹紧固定叶片，从而使叶片与夹具工装成为一个整体，提高了叶片的刚性，减少了叶片在加工过程中产生的变形以及振动。

Description

一种用于加工宽弦空心风扇叶片的减振工装
技术领域
本发明涉及航空涡轮风扇叶片加工设备技术领域，特别是涉及一种用于加工宽弦空心风扇叶片的减振工装。
背景技术
航空涡轮风扇发动机(简称涡扇发动机)具有推力大、耗油低、噪音小及使用寿命长等特点，目前已成为军用三代、四代战机以及民用客机的主要动力装置。涡扇发动机的推力产生于燃气涡轮(内涵道)和风扇叶片(外涵道)。风扇叶片是涡扇发动机的核心部件之一。
20世纪60年代宽弦风扇叶片结构得以解决。目前广泛服役于现代大涵道比涡扇发动机的第三代钛合金宽弦空心风扇叶片集合结构是空心桁架(叶身中部)和实体(榫头、叶尖和进排气边)组合而成的封闭结构。目前SPF/DB工艺条件无法一次性成形出满足外形轮廓精度和空心壁厚分布精度要求的钛合金宽弦空心叶片。因此除空心桁架结构一次成形外，榫头、叶尖及进排气边均留有余量且分布不均匀，需要针对各加工部位分别辅以不同的数控加工手段(切/磨)才能最终满足要求。
数控切削加工作为制造过程中以余量去除为目的的最后一道工艺，是保障钛合金宽弦空心叶片制造精度重要技术手段。
钛合金宽弦风扇叶片为刚性强弱相间的薄壁空心结构件，加工过程中，叶片刚性相对弱的部位发生振动及由于切削力的作用产生局部弹性变形，影响了钛合金风扇叶片的轮廓精度及表面质量。
发明内容
本发明实施例提供了一种用于加工宽弦空心风扇叶片的减振工装，通过设计多个用于支撑叶片的压顶头，提高叶片在加工过程中的刚度，减少叶片在加工过程中的变形和振动情况。
第一方面，本发明的实施例一种用于加工宽弦空心风扇叶片的减振工装，包括：叶片、榫头夹持装置、叶尖夹持装置和置于榫头夹持装置和叶尖夹持装置之间的叶片支撑装置，榫头夹持装置包括一端安装在机床上的榫头机床固定座，榫头机床固定座另一端设有榫头安装座，榫头安装座远离榫头机床固定座的一端设有用于夹紧榫头的榫头虎钳，榫头虎钳远离榫头安装座的一端设有用于夹持榫头的榫头夹持件，叶片榫头的形状与榫头夹持件的形状相适配；
叶尖夹持装置包括一端安装在机床上的叶尖机床固定座，叶尖机床固定座另一端设有叶尖安装座，叶尖安装座远离叶尖机床固定座的一端设有用于夹持叶尖的叶尖夹持件，叶尖夹持件上设有用于固定叶片叶尖的预留孔，叶片叶尖处设有与预留孔相适配的用于定位叶片的叶尖安装孔；
叶片支撑装置包括分别安装在叶片叶背和叶盆两侧的两组支撑杆，支撑杆一端安装在榫头安装座上，另一端安装在叶尖安装座上，每组支撑杆上均匀分布多根支撑架，每根支撑架上均设有2个第一安装孔，每个第一安装孔内均安装有用于压顶叶片的压顶螺钉和压顶头。
进一步的，所述的榫头虎钳靠近榫头夹持件的一侧表面上设有供榫头夹持件安装的多个安装螺纹孔。
进一步的，所述的榫头夹持件包括V型夹持部和与其相配合的齿状夹持部，V型夹持部和齿状夹持部均固定在榫头虎钳上。
进一步的，所述的齿状夹持部靠近V型夹持部的一侧设有锯齿。
进一步的，所述的压顶螺钉可带动压顶头沿第一安装孔轴线方向做远离或靠近叶片的运动，所述的压顶头与叶片接触部位的材质为聚四氟乙烯树脂。
进一步的，所述的预留孔和叶尖安装孔内贯穿有用于叶片定位的第六螺钉。
进一步的，所述叶尖夹持件上设有用于叶片夹紧固定的第七螺钉和第二垫片。
进一步的，所述的榫头安装座和叶尖安装座上均设有用于安装支撑杆的第二安装孔，支撑杆两端通过第八螺钉和第三垫片分别对应与榫头安装座和叶尖安装座固定连接。
进一步的，所述的榫头机床固定座与机床连接处设有用于榫头机床固定座定位的第一销钉；榫头安装座与榫头机床固定座连接处设有用于榫头安装座定位的第二销钉；榫头虎钳与榫头安装座连接处设有多个用于榫头虎钳定位的第三销钉；叶尖机床固定座与机床连接处设有用于叶尖机床固定座定位的第四销钉；叶尖安装座与叶尖机床固定座连接处设有用于叶尖安装座定位的第五销钉；叶尖夹持件与叶尖安装座连接处设有用于叶尖夹持件定位的第六销钉。
进一步的，所述的榫头安装座通过第一螺钉与榫头机床固定座固定连接；榫头虎钳通过第二螺钉与榫头安装座固定连接；榫头夹持件通过多个第三螺钉和第一垫片与榫头虎钳固定连接；叶尖安装座通过第四螺钉与叶尖机床固定座固定连接；叶尖夹持件通过第五螺钉与叶尖安装座固定连接。
进一步的，所述的压顶头与叶片接触部位采用吸振材料。
综上，本发明通过榫头夹持装置和叶尖夹持装置能够固定叶片的两端，并在叶片支撑装置设计多个用于支撑叶片的压顶头，提高叶片在加工过程中的刚度，减少叶片在加工过程中的变形和振动情况，榫头夹持件的V型夹持部和与其相配合的齿状夹持部保证了叶片榫头在X、Y和Z三个方向的定位，齿状夹持部能够更加稳定的对榫头实现夹持，压顶螺钉可带动压顶头沿第一安装孔轴线方向做远离或靠近叶片的运动，使叶片的减振工装可以适合各种尺寸参数的叶片，压顶头与叶片接触部位采用聚四氟乙烯树脂材料，能够吸振、减少叶片在加工过程中产生的振动。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明宽弦叶片与减振的工装装配示意图；
图2是本发明的榫头夹持装置主视图和左视阶梯剖面图；
图3是本发明的叶尖夹持装置的剖视图。
图中：
1-叶片；2-支撑杆；3-压顶螺钉；4-压顶头；5-第八螺钉；6-第三垫片；7-榫头机床固定座；8-榫头安装座；9-榫头虎钳；10-榫头夹持件；11-第二销钉；12-第一螺钉；13-第三销钉；14-第二螺钉；15-第三螺钉；16-第一垫片；17-叶尖机床固定座；18-叶尖安装座；19-叶尖夹持件；20-第六螺钉；21-第七螺钉；22-第二垫片；23-第五销钉；24-第四螺钉；25-第六销钉；26-第五螺钉。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1至图3是本发明实施例的一种用于加工宽弦空心风扇叶片的减振工装，包括：叶片、榫头夹持装置、叶尖夹持装置和置于榫头夹持装置和叶尖夹持装置之间的叶片支撑装置，榫头夹持装置包括一端安装在机床上的榫头机床固定座7，榫头机床固定座7另一端设有榫头安装座8，榫头安装座8远离榫头机床固定座7的一端设有用于夹紧榫头的榫头虎钳9，榫头虎钳9远离榫头安装座8的一端设有用于夹持榫头的榫头夹持件10，叶片榫头的形状与榫头夹持件10的形状相适配；
叶尖夹持装置包括一端安装在机床上的叶尖机床固定座17，叶尖机床固定座17另一端设有叶尖安装座18，叶尖安装座18远离叶尖机床固定座17的一端设有用于夹持叶尖的叶尖夹持件19，叶尖夹持件19上设有用于固定叶片叶尖的预留孔，叶片叶尖处设有与预留孔相适配的用于定位叶片的叶尖安装孔；
叶片支撑装置包括分别安装在叶片叶背和叶盆两侧的两组支撑杆2，支撑杆2一端安装在榫头安装座8上，另一端安装在叶尖安装座18上，每组支撑杆2上均匀分布多根支撑架，每根支撑架上均设有2个第一安装孔，每个第一安装孔内均安装有用于压顶叶片的压顶螺钉3和压顶头4。
在使用本工装时，先将叶片榫头加工成与榫头夹持件10的形状相适配的外形形状，将叶片榫头安装在榫头夹持装置上，定位夹紧，再用叶尖夹持装置夹紧叶片叶尖，接着由机床提供一个预拉紧力，使得叶片安装夹紧。再由叶片支撑装置夹紧叶片的叶盆和叶背，叶片支撑装置上的压顶头4较为均匀地分布在叶盆和叶背各个位置上，夹紧固定叶片，从而使叶片与夹具工装成为一个整体，提高了叶片的刚性，减少了叶片在加工过程中产生的变形以及振动。
为了提高本工装的适用性，在榫头虎钳9靠近榫头夹持件10的一侧表面上设有供榫头夹持件10安装的多个安装螺纹孔，榫头夹持件10可以通过不同安装螺纹孔的选择，以适应不同大小的叶片榫头，也可以调整叶片的安装位置，保证叶片安装位置的准确性和可调节性，。
为了能够保证叶片的精准定位，所述的榫头夹持件10包括V型夹持部和与其相配合的齿状夹持部，V型夹持部和齿状夹持部均固定在榫头虎钳9上，V型夹持部和齿状夹持部相配合保证了叶片榫头在三个方向上的定位，通过榫头虎钳9保证夹紧。
为了进一步提高对叶片的稳定夹持，所述的齿状夹持部靠近V型夹持部的一侧设有锯齿。
为了提高工装的适用性，所述的压顶螺钉3可带动压顶头4沿第一安装孔轴线方向做远离或靠近叶片的运动，及控制压顶头4的高度，通过调节压顶头4的高度，可以适合多种尺寸参数和曲面外型的叶片。
优选的，预留孔和叶尖安装孔内贯穿有用于叶片定位的第六螺钉20，第六螺钉20用于安装叶尖，能够使叶尖更加稳定的与叶尖夹持装置连接。
优选的，叶尖夹持件19上设有用于叶片夹紧固定的第七螺钉21和第二垫片22，第七螺钉21和第二垫片22叶尖固定夹紧的关键零件。
为了便于整个工装的安装与拆卸，所述的榫头安装座8和叶尖安装座18上均设有用于安装支撑杆2的第二安装孔，支撑杆2两端通过第八螺钉5和第三垫片6分别对应与榫头安装座8和叶尖安装座18固定连接。
为了提高工装的装配精度，在所述的榫头机床固定座7与机床连接处设有用于榫头机床固定座7定位的第一销钉；榫头安装座8与榫头机床固定座7连接处设有用于榫头安装座8定位的第二销钉11；榫头虎钳9与榫头安装座8连接处设有多个用于榫头虎钳9定位的第三销钉13；叶尖机床固定座17与机床连接处设有用于叶尖机床固定座17定位的第四销钉；叶尖安装座18与叶尖机床固定座17连接处设有用于叶尖安装座18定位的第五销钉23；叶尖夹持件19与叶尖安装座18连接处设有用于叶尖夹持件19定位的第六销钉25。
为了提高工装整体的稳定性，所述的榫头安装座8通过第一螺钉12与榫头机床固定座7固定连接；榫头虎钳9通过第二螺钉14与榫头安装座8固定连接；榫头夹持件10通过多个第三螺钉15和第一垫片16与榫头虎钳9固定连接；叶尖安装座18通过第四螺钉24与叶尖机床固定座17固定连接；叶尖夹持件19通过第五螺钉26与叶尖安装座18固定连接。
优选的，所述的压顶头4与叶片接触部位采用聚四氟乙烯树脂的吸振材料，这种塑料吸振材料能够吸收一部分振动，使得叶片在加工过程中的变形受到抑制，振动得到改善。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种用于加工宽弦空心风扇叶片的减振工装，其特征在于，包括：叶片、榫头夹持装置、叶尖夹持装置和置于榫头夹持装置和叶尖夹持装置之间的叶片支撑装置；
榫头夹持装置包括一端安装在机床上的榫头机床固定座，榫头机床固定座另一端设有榫头安装座，榫头安装座远离榫头机床固定座的一端设有用于夹紧榫头的榫头虎钳，榫头虎钳远离榫头安装座的一端设有用于夹持榫头的榫头夹持件，叶片榫头的形状与榫头夹持件的形状相适配；
叶尖夹持装置包括一端安装在机床上的叶尖机床固定座，叶尖机床固定座另一端设有叶尖安装座，叶尖安装座远离叶尖机床固定座的一端设有用于夹持叶尖的叶尖夹持件，叶尖夹持件上设有用于固定叶片叶尖的预留孔，叶片叶尖处设有与预留孔相适配的用于定位叶片的叶尖安装孔；
叶片支撑装置包括分别安装在叶片叶背和叶盆两侧的两组支撑杆，支撑杆一端安装在榫头安装座上，另一端安装在叶尖安装座上，每组支撑杆上均匀分布多根支撑架，每根支撑架上均设有2个第一安装孔，每个第一安装孔内均安装有用于压顶叶片的压顶螺钉和压顶头。
2.根据权利要求1所述的一种用于加工宽弦空心风扇叶片的减振工装，其特征在于，所述榫头虎钳靠近榫头夹持件的一侧表面上设有供榫头夹持件安装的多个安装螺纹孔。
3.根据权利要求1所述的一种用于加工宽弦空心风扇叶片的减振工装，其特征在于，所述榫头夹持件包括V型夹持部和与其相配合的齿状夹持部，V型夹持部和齿状夹持部均固定在榫头虎钳上。
4.根据权利要求3所述的一种用于加工宽弦空心风扇叶片的减振工装，其特征在于，所述的齿状夹持部靠近V型夹持部的一侧设有锯齿。
5.根据权利要求1所述的一种用于加工宽弦空心风扇叶片的减振工装，其特征在于，所述的压顶螺钉可带动压顶头沿第一安装孔轴线方向做远离或靠近叶片的运动，所述的压顶头与叶片接触部位的材质为聚四氟乙烯树脂。
6.根据权利要求1中任一项所述的一种用于加工宽弦空心风扇叶片的减振工装，其特征在于，所述预留孔和叶尖安装孔内贯穿有用于叶片定位的第六螺钉。
7.根据权利要求1中任一项所述的一种用于加工宽弦空心风扇叶片的减振工装，其特征在于，所述叶尖夹持件上设有用于叶片夹紧固定的第七螺钉和第二垫片。
8.根据权利要求1中任一项所述的一种用于加工宽弦空心风扇叶片的减振工装，其特征在于，所述的榫头安装座和叶尖安装座上均设有用于安装支撑杆的第二安装孔，支撑杆两端通过第八螺钉和第三垫片分别对应与榫头安装座和叶尖安装座固定连接。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种用于加工宽弦空心风扇叶片的减振工装，其特征在于，所述的榫头机床固定座与机床连接处设有用于榫头机床固定座定位的第一销钉；榫头安装座与榫头机床固定座连接处设有用于榫头安装座定位的第二销钉；榫头虎钳与榫头安装座连接处设有多个用于榫头虎钳定位的第三销钉；叶尖机床固定座与机床连接处设有用于叶尖机床固定座定位的第四销钉；叶尖安装座与叶尖机床固定座连接处设有用于叶尖安装座定位的第五销钉；叶尖夹持件与叶尖安装座连接处设有用于叶尖夹持件定位的第六销钉。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的一种用于加工宽弦空心风扇叶片的减振工装，其特征在于，所述榫头安装座通过第一螺钉与榫头机床固定座固定连接；榫头虎钳通过第二螺钉与榫头安装座固定连接；榫头夹持件通过多个第三螺钉和第一垫片与榫头虎钳固定连接；叶尖安装座通过第四螺钉与叶尖机床固定座固定连接；叶尖夹持件通过第五螺钉与叶尖安装座固定连接。
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